示範主題:速成鐘乳石---過飽和醋酸鈉溶液的結晶

簡介

澄清的過飽和醋酸鈉溶液滴在醋酸鈉晶體上,迅速地產生大量結晶並放出熱量。若滴在同一個位置上,則醋酸鈉結晶會向上生長形成醋酸鈉鐘乳石

示範步驟

1. 準備過飽和醋酸鈉溶液(配製步驟如下所示 ),並且準備妥器材,如圖一所示。
1. 用玻棒沾少許的醋酸鈉晶體在玻璃片上,如圖二所示。
2. 緩慢地滴加過飽和醋酸鈉溶液在醋酸鈉的晶體上,如圖三~十所示。
3. 滴加的過程形成類似鐘乳石的醋酸鈉結晶,如圖三~十所示
圖一  中間燒杯內含過飽和醋酸鈉溶液 圖二  沾少許的醋酸鈉晶體在玻璃片上
圖三   滴過飽和溶液在醋酸鈉的晶體上 圖四   緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上
圖五   緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上 圖六   緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上
圖七  緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上 圖八  緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上
圖九  緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上 圖十  緩慢地滴在醋酸鈉的結晶晶體上

溶液和器材

1. 過飽和醋酸鈉溶液:在錐形瓶中置入 50 g 的 CH3COONa•3H2O(sodium acetate, trihydrate)和 5 mL 的水 ,攪拌並加熱直到所有的醋酸鈉晶體全部溶解,然後靜置於室溫下冷卻。
2. 玻璃片一片。
3. 玻棒一支。
4. 本生燈或加熱板一個。

原理和概念

1. 在物理化學裡,飽和溶液是一種物質不能夠再溶解更多物質的溶液而且加入額外量的物質將呈現沈澱。若溶液中有雜質存在,則造成溶液為不飽和而且能夠溶解更多的物質,此種溶液變成過飽和溶過飽和溶液較飽和溶液有更多的溶質溶解在溶劑中,這種狀態屬於介穩態 。若加入一些固體的晶體或晃動使其產生微小的結晶,則此狀態會失去平衡,過多的溶質會結晶出來,並且放出熱量。緩慢地滴加過飽和醋酸鈉溶液在醋酸鈉的晶體上, 會形成類似鐘乳石的醋酸鈉結晶。

教學提示

1. 製備醋酸鈉過飽和溶液時,須充分加熱攪拌直到呈現透明澄清液為止,再經冷卻得到醋酸鈉過飽和溶液 。冷卻時可以用鋁箔包杯口或用表玻璃蓋住杯口,避免因溫度突然下降而產生結晶。
2. 在滴加過飽和醋酸鈉溶液在晶體上時,必須慢慢地滴加,使液滴有足夠時間凝固。鐘乳石狀的結晶愈長愈容易斷掉。
3. 示範過的醋酸鈉晶體可重複使用,但不容易回復到完全澄清的狀態。
4. 在滴加過飽和醋酸鈉溶液時要特別小心,杯口不能接觸到晶體,否則整個燒杯的溶液會迅速地結成晶體。

問題和參考答案

1. 從這實驗中觀察到什麼現象?
答: 過飽和醋酸鈉溶液產生白色結晶,而且放出大量的熱,觸摸表玻璃底部可感受到其為放熱反應。
2.  這個反應為何種反應?
答: 此實驗應包括物理變化和化學變化。溶解前後的物質不相同,應視為化學反應,可見溶解的過程同時包含物理及化學變化。同理,結晶的形成應與溶解相似,其過程應同時包含物理及化學變化,且整個反應是屬於放熱反應。

參考資料

1. Crystallization of Supersaturated Sodium Acetate, Chemistry Comes Alive, Division of Chemical Education, Inc., American Chemical Society (Accessed on 2007/12/16).
2. Crystallization from Supersaturated Solutions of Sodium Acetate, DEMONSTRATION LAB, Chemistry Department, University of Wisconsin-Madison (Accessed on 2007/12/16)..
3. https://chemed.chem.purdue.edu/demos/moviesheets/15.2.html  (Accessed on 2007/12/16).

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 ● 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 ● 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。




示範主題:吸血鬼的福音---製備硫氰化鐵錯離子

簡介

無色的鐵二價離子溶液,加入少量的無色硫氰化鉀溶液,再加入無色的含酸過氧化氫溶液,首先鐵二價離子被氧化成黃褐色的鐵三價離子,接著鐵三價離子和硫化氰離子反應,得到紅色的硫氰化鐵離子錯合物,此溶液的顏色似鮮血。

示範步驟

1. 取一個 100 mL 的燒杯,內裝約 50 mL 的蒸餾水,再加入少許的硫酸銨亞鐵()粉末溶於水中,使呈無色硫酸銨亞鐵溶液。
2. 加入約 10 mL 的 0.1 M 無色硫氰化鉀溶液,呈黃色,如圖一所示。
3. 再用滴管加入含少量濃磷酸的過氧化氫溶液(如圖二所示),接著,溶液即快速的變成紅色的硫氰化鐵離子錯合物溶液,如圖三所示。
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圖一 圖二  圖三

溶液和器材

1. 硫酸銨亞鐵()粉末 (Ferrous Ammonium Sulfate, FeSO4(NH4)2SO46H2O) 少許。
2. 0.1 M 硫氰化鉀溶液:0.97 g 的硫氰化鉀 (Potassium Thiocyanate, KSCN)粉末溶於水中成 100 mL 的溶液。
3. 30% 過氧化氫溶液 (Hydrogen Peroxide, H2O2 )
4. 85% 濃磷酸 (Phosphoric Acid, H3PO4 )。
5. 100 mL 燒杯 5 個。
6. 滴管 5 隻。
7. 蒸餾水。

原理和概念

1. 本實驗的氧化還原反應如下:
氧化反應:Fe2+(aq) + e- → Fe3+(aq)
  還原反應:H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2 e- → 2 H2O(l)
  總反應:2 Fe2+(aq) + H2O2(aq) + 2 H+(aq)  2 Fe3+(aq) + 2 H2O(l)
  Fe3+(aq)(黃褐色) + SCN-(aq)(無色) → FeSCN2+(aq)(紅色)

教學提示

1. 硫酸銨亞鐵()粉末溶於水後,二價的鐵離子易在空氣中被氧氣氧化成鐵三價離子,使得溶液變成黃褐色,所以最好當天配製此溶液。
2. 過氧化氫溶液最好也是當天再加入濃磷酸,以保持其良好的反應性。
3. 硫氰化鉀溶液可事先配好,以便於使用。

問題和參考答案

1. 試以化學反應式來表示氧化及還原各自的反應式?
答: 氧化反應:Fe2+(aq) + e- → Fe3+(aq)
還原反應:H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2 e- → 2 H2O(l)
2.  試以寫出本實驗紅色錯合物的化學式。
答: FeSCN2+(aq)(紅色)
3. 為何鐵二價離子溶液要在當天配製?
答: 硫酸銨亞鐵(Ⅱ)粉末溶於水後,二價的鐵離子易在空氣中被氧氣氧化成鐵三價離子,使得溶液變成黃褐色,所以最好當天配製此溶液。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, pp 205-206, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. 高級中學化學編輯小組,化學實驗手冊,十版,頁 28-30,84年1月國立編譯館,台北市。

適用程度

國民小學 國民中學 ˇ高級中學 ˇ大學普通化學

安全

 ● 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 ● 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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